(57)【要約】【課題】スラスト力の一方向への発生をなくすことで、安定した回転を簡易な部品構成で達成することができる回転電機を提供する。【解決手段】回転軸２または固定軸、ステータ３およびロータ４から構成され、回転軸または固定軸とステータおよびロータのいずれか一方とが固定されるとともに、ステータとロータとが対向して配置されるアキシャルギャップ型の回転電機１において、ロータの回転により、ステータとロータとの間に生じるスラスト力を打ち消すように、ステータとロータの形状を最適化した構成をとる。【選択図】図１
2005168207.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸または固定軸、ステータおよびロータから構成され、回転軸または固定軸とステータおよびロータのいずれか一方とが固定されるとともに、ステータとロータとが対向して配置されるアキシャルギャップ型の回転電機において、ロータの回転により、ステータとロータとの間に生じるスラスト力を打ち消すように、ステータとロータの形状を最適化した構成を有することを特徴とする回転電機。
【請求項２】
回転軸に固定されるとともに、軸方向の両方向に凸に傾斜した両円錐状ロータと、ロータに対し均一なエアギャップを保つように正方向で対向するステータと、ロータに対し均一なエアギャップを保つように負方向で対向するステータと、を備えたことを特徴とする請求項１記載の回転電機。
【請求項３】
固定軸に固定されるとともに、軸方向の両方向から凹に傾斜した両円錐状ステータと、ステータに対し均一なエアギャップを保つように正方向で対向するロータと、ステータに対し均一なエアギャップを保つように負方向で対向するロータと、を備えたことを特徴とする回転電機。
【請求項４】
ロータの外周部にギア部を設け、回転軸を有する外部ギヤをギヤ部と歯合させることにより、外部ギヤの回転軸を回転させるよう構成したことを特徴とする請求項３記載の回転電機。
【請求項５】
回転軸に固定されるとともに、軸方向に傾斜した半円錐状のロータを底面を共有して組み合わされたロータと、ロータの斜曲面に対し均一なエアギャップを保つように対向して配置されたステータと、を備えたことを特徴とする請求項１記載の回転電機。
【請求項６】
回転軸に固定され、回転軸を中心に回転可能な球状のロータと、ロータの表面に対し均一なエアギャップを保つように対向して配置されたステータと、を備えたことを特徴とする請求項１記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸または固定軸、ステータおよびロータから構成され、回転軸または固定軸とステータおよびロータのいずれか一方とが固定されるとともに、ステータとロータとが対向して配置されるアキシャルギャップ型の回転電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転軸または固定軸、ステータおよびロータから構成され、回転軸または固定軸とステータおよびロータのいずれか一方が固定されるとともに、ステータとロータとが対向して配置されるアキシャルギャップ型の回転電機は、種々の構成のものが知られている（例えば、特許文献１参照）。図１０は従来のアキシャルギャップ型の回転電機における一例の構成を示す図である。図１０に示す従来例において、５１は回転軸、５２は回転軸５１に固定されるとともに軸方向の一面が凹形状となったロータ、５３は回転軸５１にベアリング５４を介して回転可能に装着されるとともに、ロータ５２の凹形状の面５２ａに対し均一なエアギャップを保つように対向して配置されたステータである。
【特許文献１】特開平８−８００１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述した構造を有する従来のアキシャルギャップ型の回転電機では、ステータ５３とロータ５２とが同方向の傾斜のみで対向している。そのため、ロータ５２が回転すると、図１０に示すように、ステータ５３とロータ５２との間に回転軸５２の軸方向を向くスラスト力が一方向のみに発生し、回転が不安定になるとともに、場合によっては、スラスト力を受けるためのベアリング等を別途設けなければならない問題があった。
【０００４】
本発明の目的は上述した問題点を解消して、スラスト力の一方向への発生をなくすことで、安定した回転を簡易な部品構成で達成することができる回転電機を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の回転電機は、回転軸または固定軸、ステータおよびロータから構成され、回転軸または固定軸とステータおよびロータのいずれか一方とが固定されるとともに、ステータとロータとが対向して配置されるアキシャルギャップ型の回転電機において、ロータの回転により、ステータとロータとの間に生じるスラスト力を打ち消すように、ステータとロータの形状を最適化した構成を有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の回転電機においては、ロータの回転により、ステータとロータとの間に生じるスラスト力を打ち消すように、ステータとロータの形状を最適化した構成を有しているため、ステータとロータ間にスラスト力の一方向への発生をなくすことができ、安定した回転を簡易な部品構成で達成することができる。
【０００７】
なお、本発明の回転電機の好適例においては、回転軸に固定されるとともに、軸方向の両方向に凸に傾斜した両円錐状ロータと、ロータに対し均一なエアギャップを保つように正方向で対向するステータと、ロータに対し均一なエアギャップを保つように負方向で対向するステータと、を備えるよう構成することができる。このように構成することで、ステータとロータとの間に生じるスラスト力を打ち消すことができる。
【０００８】
また、本発明の回転電機の好適例においては、固定軸に固定されるとともに、軸方向の両方向から凹に傾斜した両円錐状ステータと、ステータに対し均一なエアギャップを保つように正方向で対向するロータと、ステータに対し均一なエアギャップを保つように負方向で対向するロータと、を備えるよう構成することができる。このように構成することで、ステータとロータとの間に生じるスラスト力を打ち消すことができる。
【０００９】
さらに、本発明の回転電機の好適例においては、ロータの外周部にギア部を設け、回転軸を有する外部ギヤをギヤ部と歯合させることにより、外部ギヤの回転軸を回転させるよう構成することができる。このように構成することで、回転軸を任意の場所に構成することができる。
【００１０】
さらにまた、本発明の回転電機の好適例においては、回転軸に固定されるとともに、軸方向に傾斜した半円錐状のロータを底面を共有して組み合わされたロータと、ロータの斜曲面に対し均一なエアギャップを保つように対向して配置されたステータと、を備えるよう構成することができる。このように構成することで、ステータとロータとの間に生じるスラスト力を打ち消すことができる。
【００１１】
また、本発明の回転電機の好適例においては、回転軸に固定され、回転軸を中心に回転可能な球状のロータと、ロータの表面に対し均一なエアギャップを保つように対向して配置されたステータと、を備えるよう構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は本発明の回転電機の一例の構成を説明するための図である。図１に示す例において、回転電機１は、回転軸２、ステータ３およびロータ４から構成され、回転軸２とロータ４とが固定されるとともに、ステータ３とロータ４とが対向して配置されるアキシャルギャップ型の回転電機となっている。図１に示す回転電機１の特徴は、ロータ４を、積層鋼板もしくは軟磁性体により構成され、軸方向の両方に傾斜した両円錐状ロータとして構成した点と、ステータ３を、積層鋼板もしくは軟磁性体により構成され、互いに同一形状の２つのステータ３−１、３−２とこれら２つのステータ３−１、３−２を外径側で連結する連結筒状体５とから構成し、一方のステータ３−１を、ロータ４に対し均一なエアギャップを保つよう正方向で対向させるとともに、他方のステータ３−２を、ロータ４に対し均一なエアギャップを保つよう負方向で対向させた点である。なお、６はステータ３−１、３−２を回転軸２に回転可能に装着するためのベアリングである。
【００１３】
図１に示す例では、ステータ３−１、３−２に配置されるコイル（図示せず）に電流を流すことにより磁界を発生させ、図２に示すように内部に永久磁石１１（もしくは着時形成された磁石）を備えるロータ４の永久磁石１１との間での吸引作用、反発作用によりロータ４を回転させる。本例では、図３に示すように、磁力（クーロン力）の分力として、軸方向にスラスト力が存在するとともに軸を中心とした遠心方向にラジアル力が存在する。しかし、ステータ３−１、３−２およびロータ４を上記形状にすることで、スラスト力は正負方向に同じ大きさで発生しているので打ち消されることになり、ラジアル力は遠心方向もしくは向心方向に発生するので、全体でみると打ち消されている。このように、本例では、ステータ３とロータ４との間に発生するスラスト力を打ち消すことができる。
【００１４】
また、図１に示すロータ４は、従来技術の図１０に示すロータ５２をロータバックヨーク面を対称に両側に広げた形状となっているので、内周部の軸方向長さが長く取れ、ベアリングの配置距離を確保でき、回転振動、振動に強くなる。
【００１５】
図４は本発明の回転電機の他の例の構成を説明するための図である。図４に示す例において、回転電機１は、固定軸７、ステータ３およびロータ４から構成され、固定軸７とステータ３とが固定されるとともに、ステータ３とロータ４とが対向して配置されるアキシャルギャップ型の回転電機となっている。図４に示す回転電機１の特徴は、ステータ３を、積層鋼板もしくは軟磁性体により構成され、軸方向の両方向から凹に傾斜した両円錐状のステータとして構成した点と、ロータ４を、積層鋼板もしくは軟磁性体により構成され、互いに同一形状の２つのロータ４−１、４−２から構成し、一方のロータ４−１を、ステータ３に対し均一なエアギャップを保つよう正方向で対向させるとともに、他方のロータ４−２を、ステータ３に対し均一なエアギャップを保つよう負方向で対向させた点である。なお、６はロータ４−１、４−２を固定軸７に回転可能に装着するためのベアリングである。
【００１６】
図４に示す例では、図１〜図３に示した例と同様に、ロータ４−１、４−２を回転させることができ、また、ステータ３とロータ４との間に発生するスラスト力を打ち消すことができる。さらに、図４に示した例では、図１〜図３に示す例と異なり、ロータ４−１、４−２のそれぞれの外周部にギヤ部２１−１、２１−２を設け、回転軸２２−１、２２−２を有する外部ギヤ２３−１、２３−２をギヤ部２１−１、２１−２と各別に歯合させることにより、ロータ４−１、４−２の回転により外部ギヤ２３−１、２３−２の回転軸２２−１、２２−２を回転するよう構成している。この回転軸２２−１、２２−２の位置は、ギヤ部２１−１、２１−２等の大きさを変えることにより、自由に任意の場所に構成することができる。
【００１７】
図５は本発明の回転電機のさらに他の例の構成を説明するための図である。図５に示す例において、回転電機１は、回転軸２、ステータ３およびロータ４から構成され、回転軸２とロータ４とが固定されるとともに、ステータ３とロータ４とが対向して配置されるアキシャルギャップ型の回転電機となっている。図５に示す回転電機１の特徴は、ロータ４を、積層鋼板もしくは軟磁性体により構成され、軸方向に傾斜した半円錐状のロータを底面を共有して組み合わせて構成した点と、ステータ３を、積層鋼板もしくは軟磁性体により構成され、ロータ４の斜曲面４ａに対し均一なエアギャップを保つように対向させて配置した点である。
【００１８】
図５に示す例では、ステータ３に配置されるコイル（図示せず）に電流を流すことにより磁界を発生させ、図２に示すように内部に永久磁石１１（もしくは着時形成された磁石）を備えるロータ４の永久磁石１１との間での吸引作用、反発作用によりロータ４を回転させる。本例では、図６に示すように、磁力（クーロン力）の分力として、軸方向にスラスト力が存在するとともに軸を中心とした遠心方向にラジアル力が存在する。しかし、ステータ３−１、３−２およびロータ４を上記形状にすることで、スラスト力は正負方向に同じ大きさで発生しているので打ち消されることになり、ラジアル力は遠心方向もしくは向心方向に発生するので、全体でみると打ち消されている。このように、本例では、ステータ３とロータ４との間に発生するスラスト力を打ち消すことができる。
【００１９】
また、図５に示すロータ４は、特許文献１に示す半円錐状のロータを二つ組み合わせた形状になっているので、内周部の軸方向長さが長く取れ、ベアリングの配置距離を確保でき、回転振動、振動に強くなる。
【００２０】
図７は本発明の回転電機のさらに他の例の構成を説明するための図である。図７に示す例において、回転電機１は、回転軸２、ステータ３およびロータ４から構成され、回転軸２とロータ４とが固定されるとともに、ステータ３とロータ４とが対向して配置されるアキシャルギャップ型の回転電機となっている。図７に示す回転電機１の特徴は、ロータ４を、積層鋼板もしくは軟磁性体により構成され、回転軸２を中心に回転可能な球状の形状とした点と、ステータ３を、ロータ４の表面４ｂに対し均一なエアギャップを保つように対向して配置した点である。なお、６はステータ３を回転軸２に回転可能に装着するためのベアリングである。また、ステータ３は軸方向に分解でき、ロータ４を回転軸２に設置した後、組み合わせてロータ４を囲うことで構成される。
【００２１】
図７に示す例では、ロータ４の表面には隣り合う磁極の極性が異なるように永久磁石を配置もしくは着時形成される。ステータ３は内周には非磁性体により上記磁極に対向配置されるようコイルをセットするスロットを設けた球面板と、上記スロットに配置されたコイルにより形成される。そのため、本例では、ロータ４の形状を球状にすることで全面においてステータ３が対向配置されているので、ステータ３とロータ４との間に生じるスラスト力が打ち消される。
【００２２】
図８および図９はそれぞれ本発明の回転電機のさらに他の例を説明するための図である。図８および図９に示す例において、図１〜図７に示す例と同一の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。いすれの例においても、図１〜図７に示す例と同様に、ロータ４を回転することができ、また、ステータ３とロータ４との間に生じるスラスト力を打ち消すことができる。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明の回転電機は、回転軸、ステータおよびロータから構成され、回転軸とステータおよびロータのいずれか一方が固定されるとともに、ステータとロータとが対向して配置されるアキシャルギャップ型の回転電機において、スラスト力の一方向への発生をなくすことで、安定した回転を簡易な部品構成で達成することが必要な用途に好適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の回転電機の一例の構成を説明するための図である。
【図２】本発明の回転電機におけるロータの永久磁石配置の一例を説明するための図である。
【図３】図１に示す本発明の回転電機におけるスラスト力を打ち消す効果を説明するための図である。
【図４】本発明の回転電機の他の例の構成を説明するための図である。
【図５】本発明の回転電機のさらに他の例の構成を説明するための図である。
【図６】図５に示す本発明の回転電機におけるスラスト力を打ち消す効果を説明するための図である。
【図７】本発明の回転電機のさらに他の例の構成を説明するための図である。
【図８】本発明の回転電機のさらに他の例の構成を説明するための図である。
【図９】本発明の回転電機のさらに他の例の構成を説明するための図である。
【図１０】従来の回転電機におけるスラスト力発生の状態を説明するための図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  回転電機
２  回転軸
３、３−１、３−２  ステータ
４、４−１、４−２  ロータ
４ａ  斜曲面
４ｂ  表面
５  連結筒状体
６  ベアリング
７  固定軸
１１  永久磁石
２１−１、２１−２  ギヤ部
２２−１、２２−２  回転軸
２３−１、２３−２  外部ギヤ
【図１】
2005168207.tif 000003
【図２】
2005168207.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2005168207.tif 000007
【図６】
2005168207.tif 000008
【図７】
2005168207.tif 000009
【図８】
2005168207.tif 000010
【図９】
2005168207.tif 000011
【図１０】
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